青藏铁路全长1142公里，其中新修铁路长约1118公里，平均海拔高度在4000米以上的路段为960公里。青藏铁路要穿越连续多年冻土区632公里，不连续多年冻土区82公里，其中穿越年平均地温高于-1.0℃多年冻土区275公里，高含冰量多年冻土区221公里，高温高含冰量重叠路段约为134公里。到2003年底，青藏铁路建设进展顺利，唐古拉山以北的路基桥涵隧道等线下主体工程基本完成，唐古拉山以南线下主体工程完成50%，已顺利铺架到距离格尔木353公里的二道沟江克栋车站，多年冻土区段完成铺架约210公里。

青藏铁路建设面临三大难题：冻土、高原和生态脆弱。冻土问题是最为重要和复杂的科学技术问题。为了保证青藏铁路工程的顺利实施和正常运营，必须加深对冻土问题的研究。正如江泽民主席批示中指出的那样：“尤其要加强对冻土地区的工程地质应用性勘探、研究和试验”。

世界上多年冻土区修筑铁路已有近百年历史，但路基破坏是相当严重的。俄罗斯贝阿铁路线路病害率在27.7%，后贝加尔铁路线路病害率达40.5%。我国的青藏公路线病害率也在31.7%。这些病害中大多数都是由于土体的冻胀和融沉作用而导致路基、桥涵以及隧道工程的破坏。青藏铁路穿越多年冻土大多属于高温、高含冰量冻土，工程作用下多年冻土极易发生变化而产生融化下沉问题。铁路建筑是百年大计，必须考虑全球转暖的影响。IPCC 2001年发布的预测称“全球表面温度预计在1990-2100年间升高1.4-5.8℃”。青藏高原是全球变化的“启动器”和“放大器”，其升温更早于和高于全球平均值。全球气候变化极易引起多年冻土温度升高，导致多年冻土融化，使青藏铁路冻土路基产生融化下沉问题。解决冻土路基的融沉问题和有效地保护多年冻土就成为青藏铁路修筑面临的最大的技术难题，高温高含冰量多年冻土加上气候变化，使青藏铁路修建面临前所未有的严峻挑战。

要确保铁路建筑的稳定性，必须预测全球气候变化背景下冻土的变化，预测工程作用下冻土的变化以及预测两种因素叠加后冻土的变化及工程稳定性，即必须开展气候—工程—冻土相互作用的预测研究。为了应对高温冻土和全球变暖的严峻挑战，还必须改变以往一直沿用的消极保护冻土的措施，采用积极的保护冻土措施，即冷却地基的办法。为此，必须在了解气候—工程—冻土相互作用规律的基础上，研究开发新的地温调控原理和技术，采用高新技术，提出能冷却地基的新的路基结构形式和设计参数，以确保工程的稳定。

另外，青藏铁路大体与青藏公路平行修建，两者之间的平均距离不到5公里。在5公里的狭长走廊内已建有格—拉输油管、兰—西—拉光缆和青藏公路，再加上一条青藏铁路，它们对环境的干扰强度可想而知。冻土环境十分脆弱，一旦破坏极难恢复。在这不到5公里的范围内，冻土环境的改变也必将影响到工程的稳定性。所以无论从生态环境保护，还是从保护工程稳定性的角度，都必须开展冻土环境与工程的相互作用研究。

除了上述气候—工程—冻土相互作用及冷却地基原理和技术两大科技问题，以及冻土环境保护研究外，还需要对以往研究不足、但铁路建设中必须要解决的问题，如含盐冻土的工程性质、列车动荷载、地震荷载、雷暴对铁路通讯信号系统的影响等问题，开展必要的研究。

针对以上问题，经过充分的论证，中国科学院启动了知识创新工程重大项目“青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应”。项目围绕着青藏铁路迫切需要解决的及未来可能遇到问题设立7个研究课题：青藏铁路建设中冻土工程结构稳定性研究、青藏铁路沿线路基冻融病害形成机理及其防治对策研究、青藏铁路气候与多年冻土间的相互作用、青藏铁路工程与多年冻土间的相互作用、铁路路基动荷载稳定性及含盐土工程特性研究、青藏铁路数字路基及仿真平台开发研究、青藏铁路典型地段高原雷暴天气灾害预警和防御的应用研究。

该项目与青藏铁路工程建设的实际需求紧密结合，采用现场调查、典型路段试验监测、室内试验与数值模拟相结合、理论创新与技术创新结合、“点—线—面”结合的系统研究。为工程设计、施工和后期运营提供科学依据与技术支持。针对复杂的冻土工程问题，开展介质特性以及应力场、温度场和水分场三场耦合机理研究；突出冻土工程和环境之间的相互作用；运用现代信息技术，建立为工程服务的多维、动态的信息系统；开展典型路段试验监测研究，发挥典型有效工程结构措施的示范作用；解决在气候变化和工程作用下冻土环境变化趋势预测及其工程适宜性评价等问题。项目研究任务为适应铁路建设的进度，既充分利用现有积累和室内试验提供急需的参数，又为多年冻土段全面施工提供试验监测研究成果，也为后期运营维护和潜在病害整治提供科学与技术储备。

在近三年的研究过程中，课题组成员始终遵守路甬祥院长“要进行咨询研究及冻土技术研究，配合工程需要”的精神，努力配合铁路部门，积极参与青藏铁路试验段建设和科研工作。2001年初，配合铁道第一勘测设计院开始青藏铁路踏勘工作，配合铁道部门制定相应青藏铁路多年冻土区勘测和设计暂行规定。2001年7月，对青藏铁路清水河试验段、北麓河试验段和沱沱河试验段进行了细致的钻探勘测研究工作。2001年中，铁道部将全线多年冻土温度最高、地下冰含量最大、同时也是地质特征最为复杂的试验段交给了中国科学院，负责完成包括块石路基、通风路基、块石、碎石护坡等几乎所有工程措施的实体工程试验。2001年9月开始，配合施工逐步完成北麓河厚层地下冰试验段，到2001年11月部分试验段建设完成。随着试验段工程建设进度，2002年7月，全部完成试验段仪器设备的安装工作。2003年9月，又完成新增加的6种工程措施的新试验段的钻探、岩芯分析和仪器设备安装工作。

中国科学院知识创新工程重大项目“青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应”启动以来，本着为工程实践服务，从室内模型试验、数值模拟、野外实体工程试验等诸多方面开展项目研究，系统地建立了监测平台、数据平台、模型平台、管理平台，为青藏铁路的建设、运营、管理和维护服务。在院领导的大力支持和关怀下，在各个局的大力协助和配合下，“青藏铁路工程与多年冻土相互作用及其环境效应”项目组经过两年多的工作，取得了重要的创新性阶段研究成果，为青藏铁路在冻土区的设计、施工提供了有力的科学技术保障，受到了铁道部以及相关单位的高度赞誉。